Abschlußbericht zur Auswirkung der Sinterzeit auf die Biegefestigkeit von Zirkonzahn-Zirkonoxid

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1 - 1 - Abschlußbericht zur Auswirkung der Sinterzeit auf die Biegefestigkeit von Zirkonzahn-Zirkonoxid 1. DER WERKSTOFF Zirkonoxid hat sich als Gerüstwerkstoff seit mehr als 10 Jahren in der Zahnheilkunde bewährt. Dieses Material ermöglicht erstmals auch langspannige Brücken im Seitenzahngebiet herzustellen. Da Zirkonoxid ein weißer Werkstoff ist bzw. mit Färbelösungen dentinähnlich gefärbt werden kann, ist eine deutliche Steigerung der Ästhetik im Vergleich zur Metallverblendkeramik möglich. 2. VERSUCHSAUFBAU: Alle untersuchten Proben wurden anhand des biaxialen Bruchversuches nach ISO 6872 aufbereitet. Kreisrunde Prüfkörper aus ungefärbtem, nach Anleitung gesintertem Zirkonoxid, ungefärbtem, speed-gesintertem Zirkonoxid, eingefärbtem, nach Anleitung gesintertem Zirkonoxid und eingefärbtem, speed-gesintertem Zirkonoxid wurden analog der Versuchsbeschreibung mit 40 µm und 20 µm Körnung planparallel geschliffen. Acht Proben wurden aus jeder Gruppe zufällig gezogen und durch den Münchener Kausimulator (Willytec, Gräfelfing) nach dem von Krejci etablierten Protokoll künstlich gealtert. Dies sieht 1,2 Mio. mechanische Belastungen mit einer Kraft von 50 N vor. Gleichzeitig erfolgen Thermolastwechsel von 5 C auf 55 C. Dies entspricht laut Literatur einer Alterung von 5 Jahren Tragedauer. Alle Proben wiesen einen Durchmesser von 16 mm und eine Dicke von 1,2 mm auf. Die Überprüfung dieser Parameter erfolgte an zwei (Durchmesser) bzw. neun (Dicke) Punkten. Anschließend wurden alle Prüfkörper analog des biaxialen Bruchversuches in der Universalprüfmaschine (Zwick/Ulm) bis zu ihrem Bruch belastet und die erhaltenen Werte niedergeschrieben. Die Vorschubgeschwindigkeit der Prüfmaschine betrug 0,5 mm in der Minute. Aus den so gewonnenen Bruchwerten konnten dann die Biegefestigkeit und der Weibull- Modul m errechnet werden.

2 - 2 - Abb. 1: Versuchsaufbau biaxialer Bruchversuch Probenverteilung: 65 Proben, weiß (ohne Färbelösung): davon 32 Proben, Standard-Sinterprogramm davon 24 Proben ohne Alterung und 8 Proben mit Alterung über fiktive Tragedauer von 5 Jahren und 33 Proben, Speed-Sinterprogramm davon 25 Proben ohne Alterung und 8 Proben mit Alterung über fiktive Tragedauer von 5 Jahren 65 Proben, eingefärbt davon 32 Proben, Standard-Sinterprogramm davon 24 Proben ohne Alterung und 8 Proben mit Alterung über fiktive Tragedauer von 5 Jahren und 33 Proben, Speed-Sinterprogramm davon 25 Proben ohne Alterung und 8 Proben mit Alterung über fiktive Tragedauer von 5 Jahren

3 - 3 - Die Auswertung erfolgt mit dem Statistikprogramm SPSS 14.0 (SPSS Inc., Chicago/U.S.A.) in Form einer deskriptiven Statistik und dem parameterfreien Test nach Mann-Whitney. 3. ERGEBNISSE: a) Biegefestigkeit: Farbe Sinterung Alterung Minimum Maximum Mittelwert SD Weiß Standard Nein 1348, , ,42 110,24 Weiß Speed Nein 1305, , ,47 144,76 Gefärbt Standard Nein 994, , ,36 180,97 Gefärbt Speed Nein 1236, , ,81 125,70 Weiß Standard Ja 1273, , ,74 128,71 Weiß Speed Ja 1476, , ,39 106,41 Gefärbt Standard Ja 1273, , ,02 123,66 Gefärbt Speed Ja 1436, , ,50 63,79 Tabelle 1: Deskriptive Statistik der gemessenen Werte; Maximum = maximale Biegefestigkeit in MPa, Minimum = minimale Biegefestigkeit in MPa, Mittelwert = mittlere Biegefestigkeit in MPa, SD = Standardabweichung

4 - 4 - Farbe Sinterung Alterung Weibull-Modul m Weiß Standard Nein 13,8 Weiß Speed Nein 11,7 Gefärbt Standard Nein 13,2 Gefärbt Speed Nein 15,9 Weiß Standard Ja 12,9 Weiß Speed Ja 15,5 Gefärbt Standard Ja 15,4 Gefärbt Speed Ja 29,4 Tabelle 2: Weibull-Module m. Da nur bei den durch Fettdruck hervorgehobenen Werten eine ausreichende Probenanzahl zur Verfügung stand, kann hier der Weibull Modul m mit hoher Zuverlässigkeit angegeben werden. Bei den gealterten Proben ist die Weibull- Wahrscheinlichkeit durch die geringe Probenanzahl nicht zuverlässig und hier nur der Vollständigkeit halber angegeben.

5 - 5 - b) Statistische Auswertung Vergleich ungefärbtes Zirkonoxid ohne Alterung 1900, ,00 flexural strength in MPa 1700, , , , ,00 normal program sintering time speed program Abbildung 2: Boxplots zum Vergleich des Standard-Sinterprogramms und des Speed- Sinterprogramms bei ungefärbtem, nicht gealtertem Zirkonoxid Zur statistischen Vergleich der einzelnen Probengruppen kam der parameterfreie Test nach Mann-Whitney zum Einsatz. Liefert dieser Test Werte kleiner als p=0,05, so spricht man von statistisch signifikanten Unterschieden. Ausgehend von der Nullhypothese die untersuchten Zirkonoxidproben unterscheiden sich nicht in der Biegefestigkeit, wird diese für speed-gesintertes Zirkonoxid mit einem Wert von p=0,072 erfüllt. Die Sintergeschwindigkeit hat keinen nachweisbaren Einfluss auf die Biegefestigkeit von ungefärbten, nicht gealterten Zirkonoxidproben.

6 - 6 - Vergleich ungefärbtes Zirkonoxid nach Alterung 1800, ,00 flexural strength in MPa 1600, , , , ,00 normal program sintering time speed program Abbildung 3: Boxplots zum Vergleich des Standard-Sinterprogramms und des Speed- Sinterprogramms bei ungefärbtem, gealtertem Zirkonoxid Die Sintergeschwindigkeit hat einen signifikanten Einfluss auf die Biegefestigkeit von nicht gefärbtem, gealterten Zirkonoxid (p=0.028). Die mit dem Speed-Programm gesinterten Proben verfügen über eine statistisch nachweisbar höhere Biegefestigkeit.

7 - 7 - Vergleich gefärbtes Zirkonoxid ohne Alterung 2000, ,00 flexural strength in MPa 1600, , , , ,00 normal program sintering time speed program Abbildung 4: Boxplots zum Vergleich des Standard-Sinterprogramms und des Speed- Sinterprogramms bei gefärbtem, nicht gealtertem Zirkonoxid Auf die Biegefestigkeit von gefärbten Zirkonoxid-Proben lässt sich kein Einfluss der Sintergeschwindigkeit nachweisen (p=0,857).

8 - 8 - Vergleich gefärbtes Zirkonoxid nach Alterung 1600,00 flexural strength in MPa 1400, ,00 normal program sintering time speed program Abbildung 5: Boxplots zum Vergleich des Standard-Sinterprogramms und des Speed- Sinterprogramms bei gefärbtem, gealtertem Zirkonoxid Der Einfluss der Sintergeschwindigkeit auf die Biegefestigkeit von gefärbten Zirkondioxid- Proben ist nach Alterung nicht statistisch nachweisbar (p=0,130).

9 ZUSAMMENFASSUNG: Ausgangspunkt dieser Untersuchung war die Frage, ob sich eine Verkürzung der Sinterzeit negativ auf die Biegefestigkeit auswirken wird. Als Ergebnis der vorliegenden Ergebnisse kann dies klar verneint werden. Die Speed-gesinterten Proben verfügen teilweise sogar über höhere Biegefestigkeitswerte als die nach dem Standardprotokoll gesinterten. Die Weibull- Module m für die gealterten Proben sind aufgrund der geringen Probenanzahl nicht aussagekräftig. Die niedrigen Standardabweichungen in allen Probengruppen sprechen zum einen für die Zuverlässigkeit des Materials, die sich auch in den relativ hohen Weibull-Modulen widerspiegelt, und zum anderen für die saubere Durchführung der Untersuchung. Die Aussagekraft und die Zuverlässigkeit der Ergebnisse sind vor diesem Hintergrund als hoch zu bewerten. München, den gez. Dr. Florian Beuer Oberarzt der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik der LMU München Direktor: Prof. Dr. Dr. h.c. Wolfgang Gernet Goethestr München